CN105391096B - 一种风机有功功率管理控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风机有功功率管理控制方法，涉及到兆瓦级变桨距风力发电机在进行有功功率输出的动态平稳调节技术领域。本发明的管理控制方法先调节转速不调节转矩，将实际转速调节到目标设定转速，再调节转矩。本发明的管理控制方法，使得风力发电机快速自动响应，并且能够精确稳定的运行。

Description

一种风机有功功率管理控制方法
技术领域
本发明涉及到兆瓦级变桨距风力发电机在进行有功功率输出的动态平稳调节技术领域，更具体地说涉及一种风机有功功率管理控制方法。
背景技术
随着风电装机容量的不断增加，风电在电力系统中的地位发生了转变。风电装机容量较小时，它的运行对系统稳定性的影响可以不予考虑；当风电装机容量越来越大，在系统中所占比例逐年增加时，电网对风力发电在总电量的比重需要进行调配。要求各个风力发电场具备功率管理功能，风电场接受电网的有功功率指令，分配下发给各个风力发电机，各个风力发电机根据风电场调度中心下发的功率管理指令，稳定快速准确的调节风力发电机有功功率输出，进而保证了整个风电场有功功率快速，准确的响应电网对发电场的要求。
国家知识产权局于2012年08月01日，公开了一件公开号为CN102624023A，名称为“双馈型机组风电场的无功电压控制系统”的发明专利，该发明专利包括：调度中心设备，用于根据实时监测获得的风电场的控制点电压和有功功率，以及参考电压，计算获得所述风电场的无功功率给定值；风电场功率管理模块，用于在所述风电场内对所述无功功率给定值进行分配；多个风力发电机控制器，用于根据所述风电场功率管理模块所分配的双馈风电机组的无功功率值，控制各自对应的双馈风电机组进行无功补偿。本发明提供的双馈型机组风电场的无功电压控制系统，可以充分发挥双馈风电机组的无功输出能力，减小风电场无功补偿设备的成本并且通过调度中心设备、风电场功率管理模块和多个风力发电机控制器的相互协调控制达到控制风电场电压的目的。
现有技术中多采用调节扭矩的方式来实现功率输出的调节。该方法虽然实现起来简单，但在风况在中等以上时，降低扭矩增加了变桨系统的负担，并且增大了风力发电机超速停机的可能性。因为在风况在中等以上的情况下，风力发电机工作在额定转速下，降低扭矩的阻力，风力发电机转速受风的影响增大，要控制好转速，则变桨系统工作负担加重，并且在湍流风的影响下，风力发电机超速停机的可能性也增加。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种风机有功功率管理控制方法，本发明的目的旨在于提供一种风力发电机有功功率的管理控制方法，使得风力发电机快速自动响应，并且能够精确稳定的运行。
为解决上述现有技术中存在的不足，本发明是通过下述技术方案实现的：
一种风机有功功率管理控制方法，其特征在于：其步骤如下：
A、工作点的计算：当风力发电机组接收到风电场系统发出的有功功率时，根据风力发电机接收到的有功功率值，并结合风力发电机叶片翼型的最优Cp曲线计算相应的稳定工作点；根据稳定工作点计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目；
B、根据A步骤中计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目后，对风力发电机进行调节；所述调节的方式分两部分：设定转速调节和设定转矩调节；
设定转速调节具体是指：设定一设定转速V设，在控制周期内分别与风力发电机的实际转速值V实和设定目标转速值V目相对比；
当设定目标转速值V目与设定转速值V设的差的绝对值大于100RPM，则判断设定转速值V设与发电机的实际转速值V实的差值；
当设定转速值V设与发电机的实际转速值V实的差值满足t<30s；t表示调节周期；
则下一控制周期内设定转速值V′设改变，即t<30s；
当t<30s,则下一控制周期内设定转速值V′设不变，即V′设＝V设；
等待发电机实际转速值V实上升或下降至V′设，然后继续增加或减小设定转速值V设，直至设定转速值V设接近设定目标转速值V目，即满足：
|V目-V设|≤100RPM；
当|V设-V实|<10RPM；则下一控制周期内设定转速值V′设＝V设±10RPM；
当|V设-V实|≥10RPM；则下一控制周期内设定转速值V′设＝V设；
等待发电机实际转速值V实上升或下降至V′设，然后继续增加或减小设定转速值V设，直至设定转速值V设与设定目标转速值V目相等，然后将发电机实际转速值V实上升或下降至V目；
设定转矩调节具体是指：在每个控制周期内以一个固定值M固进行调节，直至发电机实际转矩值M实与设定目标转矩值M目相等；所述固定值t<30；t表示调节周期，M额表示发电机的额定转矩。
所述调节周期是若干控制周期的总和。
与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：
1、根据不同工作状态，调节风机稳态工作点方式不尽相同，必须结合考虑风机的平稳运行，再确定调节设定转速和设定转矩的方式，再综合考虑风机变桨系统和变流器系统的响应能力，以平稳且最优的调节速率调节设定转速值和设定转矩值。变桨系统和变流器系统的响应速度差异较大，通过变桨系统来调节转速响应较慢，通过变流器调节转速响应快，考虑风机平稳运行，因此先调节转速不调节转矩，将实际转速调节到目标设定转速，再调节转矩，这样实际转速不会有较大的波动。
2、目前已应用与多个1.5MW双馈型风力发电机组的风力发电场，当风机收到风电场调度下发的有功功率设定值时，快速调节风机工作点。在最大调节差值情况下，从接受到功率管理指令到平稳运行在新的稳态工作点，所用调节周期时间在30秒以内
。正常运行时，平均调节时间在10秒以内，响应速度快；第一是因为以不断改变设定转速的方式进行调节，减少了超调；第二是因为先调转速，再调转矩，保证了运行平稳；因此减少了到达稳态运行工作点的时间；由于在一开始计算时，其目标值是根据最优Cp曲线计算得来，因此在调节到位后，风机依然能够保持最优的工作效率，风机运行在新的工作点时，和风机正常运行模式一样，在到达稳态工作点之后，风机运行在最优的工作状态下，保持和风机正常运行相同的风能利用能力。
具体实施方式
实施例1
作为本发明一较佳实施例，本实施例公开了：
一种风机有功功率管理控制方法，其步骤如下：
A、工作点的计算：当风力发电机组接收到风电场系统发出的有功功率时，根据风力发电机接收到的有功功率值需要升功率时，结合风力发电机叶片翼型的最优Cp曲线计算相应的稳定工作点；根据稳定工作点计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目；
B、根据A步骤中计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目后，对风力发电机进行调节；所述调节的方式分两部分：设定转速调节和设定转矩调节；
设定转速调节具体是指：设定一设定转速V设，在控制周期内分别与风力发电机的实际转速值V实和设定目标转速值V目相对比；
当设定目标转速值V目与设定转速值V设的差值大于100RPM，则判断设定转速值V设与发电机的实际转速值V实的差值；
当设定转速值V设与发电机的实际转速值V实的差值满足t<30s；t表示调节周期；
则下一控制周期内设定转速值V′设改变，即t<30s；
当t<30s，则下一控制周期内设定转速值V′设不变，即V′设＝V设；
等待发电机实际转速值V实上升至V′设，然后继续增加设定转速值V设，直至设定转速值V设接近设定目标转速值V目，即满足：
V目-V设≤100RPM；
当V设-V实<10RPM；则下一控制周期内设定转速值V′设＝V设+10RPM；
当V设-V实≥10RPM；则下一控制周期内设定转速值V′设＝V设；
等待发电机实际转速值V实上升至V″设，然后继续增加设定转速值V设，直至设定转速值V设与设定目标转速值V目相等，然后将发电机实际转速值V实上升至V目；
设定转矩调节具体是指：在每个控制周期内以一个固定值M固进行调节，直至发电机实际转矩值M实与设定目标转矩值M目相等；所述固定值t<30s；t表示调节周期，M额表示发电机的额定转矩。
实施例2
作为本发明又一较佳实施例，本实施例公开了：
一种风机有功功率管理控制方法，其特征在于：其步骤如下：
A、工作点的计算：当风力发电机组接收到风电场系统发出的有功功率时，根据风力发电机接收到的有功功率值，需要下降功率时，结合风力发电机叶片翼型的最优Cp曲线计算相应的稳定工作点；根据稳定工作点计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目；
B、根据A步骤中计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目后，对风力发电机进行调节；所述调节的方式分两部分：设定转速调节和设定转矩调节；
设定转速调节具体是指：设定一设定转速V设，在控制周期内分别与风力发电机的实际转速值V实和设定目标转速值V目相对比；
当设定转速值V设与设定目标转速值V目的差值大于100RPM，则判断发电机的实际转速值V实与设定转速值V设的差值；
当发电机的实际转速值V实与设定转速值V设的差值满足t<30s；t表示调节周期；
则下一控制周期内设定转速值V′设改变，即t<30s；
当t<30s，则下一控制周期内设定转速值V′设不变，即V′设＝V设；
等待发电机实际转速值V实下降至V′设，然后继续减小设定转速值V设，直至设定转速值V设接近设定目标转速值V目，即满足：
V设-V目≤100RPM；
当V实-V设<10RPM；则下一控制周期内设定转速值V′设＝V设-10；
当V实-V设≥10RPM；则下一控制周期内设定转速值V′设＝V设；
等待发电机实际转速值V实下降至V′设，然后继续减小设定转速值V设，直至设定转速值V设与设定目标转速值V目相等，然后将发电机实际转速值V实下降至V目；
设定转矩调节具体是指：在每个控制周期内以一个固定值M固进行调节，直至发电机实际转矩值M实与设定目标转矩值M目相等；所述固定值t<30s；t表示调节周期，M额表示发电机的额定转矩。

Claims (1)

1.一种风机有功功率管理控制方法，其特征在于：其步骤如下：
A、工作点的计算：当风力发电机组接收到风电场系统发出的有功功率时，根据风力发电机接收到的有功功率值，并结合风力发电机叶片翼型的最优Cp曲线计算相应的稳定工作点；根据稳定工作点计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目；
B、根据A步骤中计算出相应的设定目标转速值V目和设定目标转矩值M目后，对风力发电机进行调节；所述调节的方式分两部分：设定转速调节和设定转矩调节；
设定转速调节具体是指：设定一设定转速V设，在控制周期内分别与风力发电机的实际转速值V实和设定目标转速值V目相对比；
当设定目标转速值V目与设定转速值V设的差的绝对值大于100RPM，则判断设定转速值V设与发电机的实际转速值V实的差值；
当设定转速值V设与发电机的实际转速值V实的差值满足t<30s；t表示调节周期；
则下一控制周期内设定转速值V'设改变，即t<30s；
当t<30s，则下一控制周期内设定转速值V'设不变，即V'设＝V设；
等待发电机实际转速值V实上升或下降至V'设，然后继续增加或减小设定转速值V设，直至设定转速值V设接近设定目标转速值V目，即满足：
|V目-V设|≤100RPM；
当|V设-V实|<10RPM；则下一控制周期内设定转速值V″设＝V设±10RPM；
当|V设-V实|≥10RPM；则下一控制周期内设定转速值V″设＝V设；
等待发电机实际转速值V实上升或下降至V″设，然后继续增加或减小设定转速值V设，直至设定转速值V设与设定目标转速值V目相等，然后将发电机实际转速值V实上升或下降至V目；
设定转矩调节具体是指：在每个控制周期内以一个固定值M固进行调节，直至发电机实际转矩值M实与设定目标转矩值M目相等；所述固定值t<30s；t表示调节周期，M额表示发电机的额定转矩。
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